收藏本站
《哈尔滨工程大学》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

动力定位船推进器故障容错控制方法研究

李鸣阳  
【摘要】:随着国家战略利益和战略空间不断向海洋拓展和延伸,海洋事业的发展逐渐成为国家发展的重要组成部分,在此背景下,各海洋工程装备得到飞速发展。动力定位船具有定位精度高、灵活性好和定位不受海洋深度限制的优点,因此在海洋工程作业中得到了广泛的应用。由于动力定位船或平台在作业过程中常面临恶劣的海洋环境,且如深海钻探等作业任务一旦发生事故将会造成严重的环境污染并威胁作业人员的生命安全,因此对船舶动力定位作业的安全性和可靠性要求越来越高。要求动力定位船在保证常规的定位作业任务精度的同时具有一定的容错能力,且在某些作业任务过程中发生可接受的故障后依然能够在确保作业船舶安全的前提下,满足一定的作业任务性能指标并继续完成作业。本论文以确保动力定位船作业的安全性为首要目标,围绕船舶推进器故障这一造成动力定位船位置丢失事件发生的主要故障,研究基于解析冗余的故障船舶容错控制方法。本论文主要完成如下几方面的研究工作:首先,建立动力定位船水平面三自由度运动模型和推进系统模型,针对动力定位船作业过程中存在的推进器控制输入饱和问题,提出并建立一种基于模糊集合理论的推进器饱和失效故障矩阵,并基于所建立的模型进行了开环模型实验。其次,针对所建立的船舶非线性运动方程,考虑发生部分推进器完全失效故障情况,提出一种可适用于非线性系统的新型推进器重构模块并将其架设于原标称控制器与故障船舶之间,确保故障船舶的输出在重构模块的指令信号下能够恢复原标称船舶输出的特征,而无需重新调整原标称控制器。针对重构模块中的非线性项,设计积分滑模变结构控制方法,并采用自适应控制技术处理由系统非线性引起的不确定部分和系统所受外界环境干扰组成的总的未知项在故障前后的偏差的上界未知的问题,通过建立推进器饱和失效故障矩阵和构造辅助系统实现对推进器控制输入饱和问题的双重削弱,设计了一种基于自适应滑模抗饱和重构模块的容错控制方法。仿真结果表明该方法能够在船舶推进系统存在故障且各推进器均达到饱和状态的情况下依然确保船舶稳定并保证定位作业任务的顺利完成。而后,考虑到采用重构模块策略实现主动容错控制时系统容错的实时性相对较弱这一问题,为了进一步提高控制器对动力定位船推进器故障的容错能力,结合容错控制有限时间快速响应问题,提出一种基于新型函数向量时变滑模的动力定位船轨迹跟踪有限时间容错控制策略,采用神经网络对系统模型不确定部分进行逼近,并通过自适应控制技术实现对外界扰动、推进器故障以及神经网络逼近误差这三部分的总的上界值的估计,最终实现对船舶期望轨迹的快速跟踪。仿真结果表明该方法能够在船舶推进系统出现严重故障的情况下仍然确保轨迹跟踪误差的渐近稳定,且保证在有限的时间内完成跟踪控制任务,确保动力定位船作业的安全性与实时性。最后,针对动力定位船完成某些特殊作业任务时存在的瞬态性能和稳态性能约束问题,根据船舶的实际作业需求,提出一种动力定位船轨迹跟踪预设性能容错控制策略,通过构造性能函数和误差转换单元,将原跟踪误差系统转化为一个新的等效系统,使得针对原系统的预设性能控制问题转化为针对新的等效系统的稳定性分析问题,并结合自适应控制策略对其中存在的外界环境干扰和不确定推进器故障进行估计,最终实现对系统跟踪误差瞬态性能和稳态性能的约束。仿真结果表明该方法能够在船舶推进系统存在故障的情况下依然保证轨迹跟踪误差的全局预设性能约束,确保了故障动力定位船作业的安全性。本论文针对具有推进系统冗余配置的过驱动动力定位船,根据各推进器间的冗余关系设计容错控制器确保推进器故障船舶自主容错控制的实现,进一步提高了船舶作业的安全性和可靠性。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:U664.82

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 付明玉;刘佳;吴宝奇;;基于扰动观测器的动力定位船终端滑模航迹跟踪控制[J];中国造船;2015年04期
2 王国亮;王超;乔岳;黄胜;;可调螺距桨水动力性能预报及参数影响分析[J];华南理工大学学报(自然科学版);2015年10期
3 耿宝亮;胡云安;李静;赵永涛;;控制增益为未知函数的不确定系统预设性能反演控制[J];自动化学报;2014年11期
4 卜德华;徐海祥;李文娟;冯辉;许林凯;;基于非线性无源滤波器的船舶动力定位仿真[J];武汉理工大学学报;2013年10期
5 谢文博;付明玉;丁福光;张健;;带有输入时滞的动力定位船鲁棒滑模控制[J];哈尔滨工程大学学报;2013年10期
6 谢文博;付明玉;张健;施小成;;动力定位船舶自适应反步逆最优循迹控制[J];中国造船;2013年03期
7 郑荣才;宋健力;黎琼;吴园园;窦玉宝;;船舶动力定位系统[J];中国惯性技术学报;2013年04期
8 付明玉;宁继鹏;魏玉石;孙行衍;;鲁棒自适应滑模虚拟执行器设计[J];控制理论与应用;2013年04期
9 沈雁松;赵立中;;海洋动力定位钻井平台失控漂移的安全应急处置对策[J];钻采工艺;2013年01期
10 谢文博;付明玉;施小成;;动力定位船舶自适应滑模无源观测器设计[J];控制理论与应用;2013年01期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 霍星;执行机构故障且安装存在偏差的卫星姿态有限时间控制[D];哈尔滨工业大学;2014年
2 张爱华;动力定位船任务驱动的跟踪控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2014年
3 谢文博;船舶铺管作业动力定位控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
4 宁继鹏;船舶动力定位容错控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 胡明佳;执行器故障的船舶动力定位系统容错控制[D];大连海事大学;2016年
2 刘鹏飞;动力定位船推进系统的容错控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2016年
3 邵井丰;基于滑模变结构的船舶动力定位控制研究[D];大连海事大学;2015年
4 陈功;船舶动力定位系统及操控界面的研发[D];广东工业大学;2015年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 付明玉;刘佳;吴宝奇;;基于扰动观测器的动力定位船终端滑模航迹跟踪控制[J];中国造船;2015年04期
2 何水原;罗伟东;于彦江;肖昌荣;王俊珠;;动力定位系统在大洋富钴结壳调查中的应用[J];海洋地质前沿;2015年10期
3 熊和金;刘静怡;陈跃鹏;;强干扰环境下船舶动力定位自抗扰控制系统仿真研究[J];武汉理工大学学报;2015年03期
4 寇贝贝;刘正礼;姜清兆;田瑞瑞;;深水钻井动力定位平台允许漂移范围分析[J];石油钻采工艺;2015年01期
5 刘树博;罗先喜;万智辉;;主动悬架H_∞/广义H_2积分切换面自适应滑模控制研究[J];机械设计与制造;2014年12期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 李鸣阳;动力定位船推进器故障容错控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
2 于彦波;考虑执行机构特性的航天器姿态滑模控制研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
3 刘富樯;无人水下航行器执行机构故障诊断与容错控制研究[D];西北工业大学;2015年
4 贾庆贤;基于学习观测器的卫星姿态控制系统故障重构研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
5 邵兴超;基于离散系统理论的动力定位船舶控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 邹海飞;工程船新型四锚定位系统自动化控制设计[D];浙江海洋大学;2018年
2 李业;锚泊定位半实物仿真系统研究[D];江苏科技大学;2017年
3 文武;基于QP算法的动力定位系统推力分配及策略研究[D];武汉理工大学;2017年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王国亮;王超;黄胜;王靖涵;;调距桨的桨叶畸变对其水动力性能的影响分析[J];华中科技大学学报(自然科学版);2015年06期
2 熊鹰;王展智;齐万江;;毂帽鳍对调距桨推进效率影响的数值研究(英文)[J];Journal of Marine Science and Application;2013年01期
3 孙海涛;熊鹰;张可;;调距桨几何参数对水动力性能影响研究[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2013年01期
4 谢文博;付明玉;施小成;;动力定位船舶自适应滑模无源观测器设计[J];控制理论与应用;2013年01期
5 黄鹤;李德伟;席裕庚;;基于多步控制策略的混合H_2/H_∞鲁棒预测控制器设计[J];自动化学报;2012年06期
6 梁海志;欧进萍;;半潜式平台动力定位系统控制力动态约束分配法[J];海洋工程;2012年01期
7 肖会敏;赵林;王春花;;不确定时滞切换系统的鲁棒滑模控制[J];控制理论与应用;2011年11期
8 Khac Duc Do;;Global Robust and Adaptive Output Feedback Dynamic Positioning of Surface Ships[J];Journal of Marine Science and Application;2011年03期
9 宋立忠;鄢圣茂;杨立秋;;不确定系统鲁棒自适应离散变结构控制[J];自动化学报;2011年08期
10 李鹏;郑志强;;非线性积分滑模控制方法[J];控制理论与应用;2011年03期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘文江;欠驱动水面船舶航向、航迹非线性鲁棒控制研究[D];山东大学;2012年
2 李海凌;基于Petri网工作流技术的工程项目群管理研究[D];西南交通大学;2012年
3 贾鹤鸣;基于反步法的欠驱动UUV空间目标跟踪非线性控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
4 陈玉峰;柔性制造系统最大许可行为Petri网控制器设计[D];西安电子科技大学;2011年
5 关巍;基于Backstepping的船舶运动非线性自适应鲁棒控制[D];大连海事大学;2010年
6 刘杨;欠驱动水面船舶的非线性自适应控制研究[D];大连海事大学;2010年
7 刘心;基于Petri网的FMS建模及故障诊断方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 王晓飞;基于解析模型预测控制的欠驱动船舶路径跟踪控制研究[D];上海交通大学;2009年
9 王勇;复杂仿真系统概念模型建立与评估方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 卜仁祥;欠驱动水面船舶非线性反馈控制研究[D];大连海事大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 袁耀;基于自适应模糊控制的船舶动力定位控制器设计研究[D];大连海事大学;2013年
2 陈豪;动力定位系统多PID切换控制研究[D];大连海事大学;2013年
3 谭芳;船舶动力定位系统建模与自适应模糊控制[D];广东工业大学;2013年
4 贺军;基于自适应滑模观测器的非线性系统故障诊断方法研究[D];西南交通大学;2013年
5 刘扬;船舶装卸作业时动力定位控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
6 徐立;动力定位船推进系统的故障诊断技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
7 张玮;基于GIS的石油勘探开发综合录井图处理系统[D];西安电子科技大学;2011年
8 顾楠;船舶动力定位仿真技术研究[D];中国舰船研究院;2011年
9 李青;无轴承异步电动机非线性动态解耦控制的研究[D];江苏大学;2010年
10 杨世知;DP推进系统水动力干扰及最优推力分配算法研究[D];上海交通大学;2010年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许南;秦立成;王磊;;动力定位浮托安装船待命就位工况时域模拟[J];实验室研究与探索;2017年03期
2 潘力;;基于云模型的舰船动力定位控制系统设计[J];舰船科学技术;2017年18期
3 王杰文;蔡长松;程显皓;;动力定位船分步铺设安装单点系泊系统锚系技术探讨[J];石化技术;2015年09期
4 叶春标;;水动力对动力定位推力系统的干扰探究[J];科学家;2017年10期
5 杨美志;;“内波流”对动力定位船安全作业的影响及对策[J];航海技术;2013年03期
6 罗晓民;;动力定位使用可变速推力器更为经济[J];中国海洋平台;1989年04期
7 Evgeny Veremey;Margarita Sotnikova;;海上动力定位控制系统的最优滤波校正研究(英文)[J];Journal of Marine Science and Application;2016年04期
8 王金光;丁朝蓬;韩荣贵;张天宇;;半潜式起重平台动力定位能力分析[J];船舶工程;2011年S1期
9 许南;王奕晟;王飚;秦立成;周昕达;;惠州25-8DPP组块横向装船及动力定位浮托安装关键技术[J];中国造船;2016年03期
10 仲伟东;王飞跃;羊卫;;动力定位船总布置设计方法研究[J];船舶;2015年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 顾永亮;孙晓哲;;动力定位船舶综述[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
2 张圆;周爱军;;船舶动力定位系统控制策略的仿真研究[A];全国飞机与船舶通信导航学术研讨会论文集(上)[C];2000年
3 马超;庄亚锋;陈俊英;;船舶动力定位系统技术[A];2009年度海洋工程学术会议论文集(上册)[C];2009年
4 黄洪健;信光成;;新型船舶动力定位测量系统[A];第十二届全国内河船舶与航运学术会议论文集[C];2012年
5 闻青;余文曌;徐海祥;;动力定位船舶定点定位的时变目标位置策略研究[A];聚焦应用 支撑创新——船舶力学学术委员会测试技术学组2016年学术会议论文集[C];2016年
6 邱耿耀;王志鹏;闫岱峻;;动力定位船桨干扰与桨桨干扰[A];第二十七届全国水动力学研讨会文集(下册)[C];2015年
7 夏宝莹;梁稷;苗春生;陈俊英;林守强;;动力定位船立管安装技术[A];2009年度海洋工程学术会议论文集(下册)[C];2009年
8 陈湛;;一种船舶动力定位模拟器的数值仿真方法[A];第十二届武汉地区船舶与海洋工程研究生学术论坛论文集[C];2019年
9 孙强;陈江峰;魏纳新;刘长德;;铺缆船动力定位系统设计[A];奋发图强 圆梦海疆——中国造船工程学会船舶力学学术委员会第八次全体会议文集[C];2014年
10 石礼刚;董胜利;张欢仁;;基于DSP的船舶动力定位控制器的设计与实现[A];2017年数字化造船学术交流会议论文集[C];2017年
中国重要报纸全文数据库 前8条
1 驻沪记者 赵虎通讯员 赵国财;上海打捞建造“亚洲动力定位第一吊”[N];中国水运报;2007年
2 记者 张银炎 通讯员 沈玉蓉;国产自动操舵仪跨入动力定位领域[N];中国船舶报;2010年
3 记者 李俨儿 通讯员 谭广仁;振华重工逆袭动力定位推进市场[N];中国船舶报;2014年
4 ;这一棒,真叫棒![N];大众科技报;2011年
5 特约记者 张敏;“海洋石油981”号成功实现精确动力定位[N];中国船舶报;2011年
6 本报记者 朱伟光 通讯员 王春晖;边信黔:给蔚蓝色的梦想定位[N];光明日报;2009年
7 本报记者 左朝胜 国土资源报记者 陈惠玲;日记中的科考故事[N];科技日报;2011年
8 南方日报记者 昌道励;广州造深海利器“牛”在哪里?[N];南方日报;2016年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李鸣阳;动力定位船推进器故障容错控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
2 钱小斌;船舶动力定位非线性模型预测控制研究[D];大连海事大学;2018年
3 焦建芳;多动力定位船的协调编队控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2014年
4 张爱华;动力定位船任务驱动的跟踪控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2014年
5 苏晓鹭;应用于船舶动力定位的标准可加性模型智能控制方法研究[D];大连海事大学;2015年
6 邵兴超;基于离散系统理论的动力定位船舶控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2015年
7 胡鑫;船舶动力定位非线性控制研究[D];大连海事大学;2018年
8 叶宝玉;带观测器的船舶动力定位控制策略与稳定性研究[D];广东工业大学;2012年
9 赵昂;基于子空间法的动力定位船舶模型辨识及控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2017年
10 徐荣华;船舶动力定位系统建模与随机控制研究[D];广东工业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘婷;动力定位船测量系统故障诊断与报警技术研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
2 于振新;动力定位船参数自整定控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
3 宁奇;半潜式平台动力定位控制系统应用设计[D];大连理工大学;2018年
4 尤奕栋;海洋工程船动力定位动态能力评估系统研究[D];江苏科技大学;2018年
5 付海军;动力定位推力分配饱和处理及分配策略研究[D];武汉理工大学;2017年
6 瞿洋;船舶动力定位系统控制算法及策略研究[D];武汉理工大学;2017年
7 程浪;船舶动力定位非线性模型预测控制研究[D];江苏科技大学;2018年
8 朱信帅;海上石油钻井平台动力定位的多维泰勒网优化控制[D];东南大学;2018年
9 张奕;穿梭油轮动力定位系统设计研究[D];哈尔滨工程大学;2014年
10 杜玉龙;动力定位控制系统硬件在环仿真器设计研究[D];大连海事大学;2017年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026